浅析WCDMA中的R99和R4核心网电路域差异

摘要：3GPP组织对WCDMA进行了标准的制定，WCDMA它包含R99、R4、R5和R6等四个不同的版本模式，目前R99和R4大部分生产厂家都能够提供系统的解决方案，而R5和R6的技术还不是十分成熟。但是R99的技术在运行中非常稳定，R99其主要特点是它采用了WCDMA的无线接入技术，它保留了原有的GSM电路交换域，新增加了分组交换的数据业务，这样它既可以保留原有的话路业务又支持分组交换的数据业务。R4技术是一种由传统的交换技术向分组交换化发展的技术。它与R99相比，主要的不同点在于它采用了软交换技术，承载与控制完全分开的软交换体系，话音部分是通过分组交换来完成的。此外，R4还有信令的分组，它包括ATM和IP基于的两种不同方式。该文就R99和R4核心网电路域差异进行探讨和分析。

关键词：R99；R4；差异；信令；网络；实体；软交换

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2699-02

3GPP组织制定了WCDMA的标准，从而为R99、R4的标准奠定了基础和指明了方向。文中就WCDMA中的R99和R4核心网电路域差异从六个方面即R99和R4在网络结构上的差异，在承载网上的差异，在信令上的差异，在组网模式上的差异，在业务功能上的差异，在设备开发上的差异进行了分析和比较。

1 R99和R4在网络结构上的差异

R99在核心网电路域网络结构上主要组成设备有网关（GMSC）设备、移动交换中心（MSC）设备、访问位置存储器（VLR）设备，移动交换中心（MSC）设备/访问位置存储器（VLR）设备和无线网络控制器（RNC）设备，它们之间是通过ATM相互连接的，它们之间的交互是通过ATM信令方式来进行的，AAL2承载的AMR编码是媒体流使用的主要方法。移动交换中心（MSC）和网关（GMSC），网关（GMSC）和公共交换电话网络（PSTN）以及移动交换中心（MSC）和传统的2GBSS设备相连等均使用传统的TDM连接方式，设备之间的交换是通过TDM窄带七号信令来进行的，其G.711格式的PCM编码是媒体流使用的主要方式。

R4在核心网电路域网络架构上发生了巨大的变化，在实体上分为控制层面的MSC Server和承载层面的MGW，它采用了H.248协议对控制层面和承载层面之间的网关控制进行控制。引进新的呼叫控制协议BICC在控制层面的MSC Server设备和网关移动交换中心的GMSC Server设备之间来进行控制局间的媒体流，R4网络核心网电路域特点是控制与承载完全分离。它的优点是使控制层面和承载层面在技术上可以根据实际需要对其容量进行扩容增大，并且还可以进行控制层面和承载层面向不同的方向发展。

2 R99和R4在承载网上的差异

在R99的组网中，网关（GMSC）和移动交换中心（MSC）之间或者移动交换中心（MSC）之间是通过TDM来进行承载的。从无线网络控制器（RNC）上传来的媒体流进入移动交换中心（MSC）以后进行编码操作转换成G.711的PCM编码。然而在R4的网络组建中，网关（GMSC）的承载层面的MGW和移动交换中心（MSC）的承载层面的MGW以及移动交换中心（MSC）的承载层面的MGW和移动交换中心（MSC）的承载层面的MGW之间不但保留了传统的TDM方式承载方式外，还新增加了支持ATM承载方式和IP承载方式等多种承载方法。在IP上分组复用的媒体流极大的节约TC资源和带宽，提高语音质量，端到端的平面连接建立成为现实。使得传统的长途电话的概念像因特网样在逐渐消失。

3 R99和R4在信令上的差异

R99核心网电路域的信令网，它不但是以ATM信令和无线网络控制器（RNC）进行交互，而且还可以同其他的公共交换电话网络（PSTN）、网关（GMSC）、系统的数据中心的归属位置寄存器（HLR）、以及文件传输协议（SCP）等实体在TDM上承载的窄带七号信令进行交互的。R4核心网电路域的信令网不但能支持传统的意义上的TDM承载的窄带七号信令，而且在信令承载方面引入了SIGTRAN技术，还支持承载在IP上的宽带七号信令网。它还可以完成R99上的窄带七号信令在SG信令网关设备上汇聚以后在接入到控制层面的MSC Server设备上，也可以把传统的窄带七号信令内置在承载层面的MGW设备上进行汇聚接入到控制层面的MSC Server设备上，或者把传统的窄带七号信令内置在控制层面的MSC Server进行汇聚接入到控制层面的MSC Server设备上，故而解决了以往长途传输资源不足问题，还可以解决传统的窄带七号信令浪费传输问题以及带宽不足问题。在目前比较普遍使用的是64K传统的窄带七号信令，2M也在渐渐的进入使用当中。R4在IP上承载的宽带七号信令只需要一个FE接口接入到控制层面的MSC Server设备上就可以把带宽升级到100M左右，从而实现了信令传送技术的质的变化。在R4信令上所采用的承载IP宽带七号信令有M3UA协议、SCTP协议和IP协议。

4 R99和R4在组网模式上的差异

R4引入了承载控制分离的软交换架构这是它与R99最大区别。传统的移动交换中心（MSC）设备被分解为控制层面的MSC Server设备和承载层面的MGW设备。控制层面的MSC Server和承载层面的MGW的分离这就使得其在组网模式上发生巨大改变。而在R99组网中移动交换中心（MSC）设备之间进行的是TDM话路传输，如果集中设置移动交换中心（MSC）设备必然导致传输电路的重复迂回，造成传输资源浪费，使得运营商的投资成本增加，因此在R99规划组网的时候，通常都都是把移动交换中心（MSC）设备安排到每个本地网中，也有少数经济落后的地区采用一个移动交换中心（MSC）设备管理多个本地网的方式，移动交换中心（MSC）设备相互间直接互联，或者在省级以及大城市来进行设置一、二级汇接局来减少移动交换中心（MSC）设备之间的话务压力。而R4在组网模式上，由于控制层面的MSC Server和承载层面的MGW的分开，而其他的公共交换电话网络（PSTN）等窄带信令可以通过SG转换到IP上承载，并且控制层面的MSC Server和承载层面的MGW之间只是IP上的承载的信令，占用的带宽较小，因此可以使控制层面的MSC Server和承载层面的MGW之间经济的拉远并分开放置使用。从而在R4的网络规划中，就可以将控制层面的MSC Serv er安装在省会或大城市中，在经济条件差或小地区只安装承载层面的MGW设备和公共交换电话网络（PSTN）设备以及无线网络控制器（RNC）设备进行互通。由于控制层面的MSC Server设备及技术比较复杂，并且承担着业务逻辑系统、呼叫控制系统、计费系统等相关重要业务，因此控制层面的MSC Server设备集中安装在中心机房，有利于设备系统软件升级和新业务的发展及开拓，有利于运营商减少维护人员对设备的维护，减少维护成本支出。

安装在每一个本地网的承载层面的MGW可以和公共交换电话网络（PSTN）设备设置在同址的机房里，也可以在同一个同址机房根据实际情况的需要进行灵活配置使用，这样可以用来降低运营成本，减少不必要传输资源浪费，同时还可以起到容灾的作用。另外一个方面，将共享资源适当的集中配置到某个承载层面的MGW设备中，从而减少更新的维护工作量，还可以节约相关资源配置，使得新的业务响应速度得以加快。

控制层面的MSC Server集中安装需要控制层面的MSC Server设备具有支持管理多个本地网的功能，具有足够大的设备容量。因此这给网络安全问题带来不稳定的因素，如果在R99组网模式下，一个控制层面的MSC Server发生问题只会影响此MSC Server所控制的本地网的通信，而在R4的组网模式下，一个控制层面的MSC Server出现问题有可能会造成大面积的通信影响。对于上述问题，有些设备厂商都提出了双归属（DUAL HOMING）的解决方案，即一个承载层面的MGW在出现故障的时候可以到另一个控制层面的MSC Server上进行注册。

R4的控制层面的MSC Server和承载层面的MGW分离直接导致汇接网的组网模式，传统的R99组网结构大部分都是多级组网模式，端到端之间的话路需要多级或多次进行转接。而在R4的网络中，由于在IP上承载了媒体流，使得媒体流可以认为是在一个平面上进行的交互，与其相关信令只要通过控制层面的MSC Server进行协商后完成（或者相关信令只要通过汇接移动软交换的TM SC Server进行协商后完成），不用进行多级转接或多次链接，就可以使端到端到承载直接在一个平面上建立起来。

5 R99和R4在业务功能上的差异

R99和R4在业务功能上差异不大，R4主要采用了TrFO功能，它可以改善语音质量，极大的节约TC资源和带宽，以及实现网络互连互通功能等等。由于编解码会导致话音质量降低，因此话音编码器对话音每经过一次编解码话音质量就降低一次，故而话音编码它具有话音有损压缩不利的一面。因此减少语音解码次数还可以节省网络设备功率和减少话音的传输延时，同时减少语音解码次数可以改善语音质量。另外，相对R99、R4在业务上对MMS、LCS等也更加的明确和完善了标准规范。

6 R99和R4在设备开发上的差异

在第三代的通信网络组建中，由于当前各种业务的个性化、各种业务的多样化以及开放的业务平台就会导致越来越多的新业务的出现，这就要求通信设备具有超强的处理能力，从而使R4采用集中管理分开建设和通信网络组建模式要求通信设备越来越集中安装，这要求建设规模及容量很大，适合通信发展的需求。因此R4的核心网电路域设备必须具备处理能力强、容量足够大并且满足通信的要求。同时由于在R4阶段分组化了核心网络，使内部交换带宽和信令传输都大大的得到了提高，网络构件化以及承载与控制完全分开，这就明确了各个业务实体的分工，从而实现了各种业务技术向各自需要的方向发展。因此相对R99的核心网电路域的设备，R4的核心网电路域设备必须具备更强的业务处理能力、更大的交换容量和更高的集成度。

7结束语

R4相对与R99它可以实现更简单的目标网络结构，具有简单清晰的网络结构和简单灵活的路由方式，可快捷的提供新业务，降低了建网成本和运营成本，IP承载技术的软交换网络容量利用率高，减少局点数目，降低配套设施成本，IP承载技术带来的传输成本的节约和运营维护成本的降低，语音、数据和多媒体等可以共用同一分组骨干网，对网络的维护更容易、更有效。R4它具备全业务提供潜力，可以为将来的基于分组网络的现有的电话功能、固定语音业务、新型会话式多媒体业务、与第三方应用服务器共同配合向用户提供多种增值业务和与智能网设备配合提供现有的智能网的智能业务打下良好的通信网络基础。R4具有长期的投资价值，它可以使运营商以最快的速度向第三代网络技术演进，及时平滑的向全IP网络技术迈进，运营商投资于软交换网络的资金可很好的用于3G网络和全IP网络，从而节省了运营商的长期投资成本。当通信网络逐步发展到R5阶段、R6阶段和IP阶段是，就不必要改变网络的体系结构，软交换网络的所有网元均可以得到充分的利用。在组建3GR5网络时，MSC Server系统在通信网络中仍然会发挥作用，还可以逐步升级为MGCF功能实体，MGW功能不变或逐步升级为综合媒体网关。所以软交换系统可以确保通信网络平滑的演进，为发展3GGP R5/R6和全IP核心网络打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]张轶凡,崔春风,张平.WCDMA业务分析[J].电信科学,2003(4).